玉米赤霉烯酮对动物繁殖性能的毒性作用及其机制_宁春妹.pdf

动物营养学报，（）：玉米赤霉烯酮对动物繁殖性能的毒性作用及其机制宁春妹，安佳秀，赵 颖，杨 艺，（贵州大学，高原山地动物遗传育种与繁殖教育部重点实验室，贵阳；贵州省动物遗传育种与繁殖重点实验室，贵阳）摘 要：玉米赤霉烯酮（）一种由镰刀菌属产生的次级代谢物，化学结构与内源性雌激素相似，因此，可通过与雌激素竞争性结合雌激素受体，导致动物机体生殖激素代谢紊乱，诱发生殖器官形变及功能障碍，严重危害动物繁殖系统，解决 污染问题己经成为当务之急。本文对 的理化特性、毒性作用等进行综述，以期为有效缓解 毒性及提高动物繁殖性能、促进畜牧业健康发展提供理论依据。关键词：霉菌毒素；玉米赤霉烯酮；繁殖性能；毒性机制中图分类号：文献标识码：文章编号：（）收稿日期：基金项目：贵州省科技支撑计划（黔科合支撑一般）作者简介：宁春妹（），女，河南洛阳人，硕士研究生，研究方向为反刍动物营养生理。：通信作者：杨 艺，副教授，硕士生导师，：霉菌毒素是一类由产毒霉菌生成的一种次级代谢物，常见的霉菌毒素包括黄曲霉毒素（，）、玉 米 赤 霉 烯 酮（，）、呕吐毒素（，）、赭曲霉毒素（，）、毒素等，广泛存在于花生、玉米、小麦、豆类及其他食物和饲料原料中。这些毒素大多化学性质稳定，难以自然或在饲料加工过程中降解，因而广泛存在于未经妥善收获、调制、加工、贮存的饲料及饲料原料中。动物食用霉菌毒素污染的饲料可引发急慢性中毒、免疫系统紊乱、繁殖障碍等症状，严重者可导致死亡。世界卫生组织与联合国粮农组织指出，全球每年约 粮食作物受到霉菌毒素污染，每年因霉菌毒素污染造成的经济损失可达数百亿美元，饲料及饲料原料中霉菌毒素污染已成为农业和畜牧业面临的棘手问题。玉米赤霉烯酮，又称 毒素，由镰刀菌属产生，是畜禽养殖中污染情况极为严重的一种真菌毒素。与其他常见毒素相比，具有类雌激素活性，可与机体雌激素受体（，）结合，激活雌激素敏感基因，使 二聚化，造成机体激素代谢紊乱，尤其对动物繁殖机能造成极大损伤。大量研究证明，具有致癌性、免疫毒性、繁殖毒性等多种毒性，动物食用 污染的饲料易引发机体多种疾病，如繁殖机能紊乱、致癌以及诱发动物严重的肝脏、肾脏功能损伤等。此外，还易残留在肉、奶等动物产品中，进而通过食物链对人体造成毒害。等研究证实，可抑制促卵泡激素的分泌及释放，抑制卵泡成熟，诱导母猪假发情；中毒时，可引发母猪子宫内膜增大、卵巢萎缩、妊娠母猪甚至出现流产、胎儿畸形等症状，中毒仔猪肝脏、肾脏发生氧化应激，表现为肝脏、肾脏总抗氧化能力（）、超氧化物歧化酶（）和谷胱甘肽过氧化物酶（）活性显著降低，丙二醛（）含量显著升高。还具有致癌性，可导致原癌基因、等异常调控，诱导正常细胞转化为肿瘤细胞。同时，原癌基因、和 蛋白表达水平显著提高，抗癌基因 磷酸酶和张力蛋白同源蛋白的蛋白表达水平显著降低；还干扰细胞间隙连接通讯，影响缝隙连接蛋白（）和缝隙连接蛋白 期宁春妹等：玉米赤霉烯酮对动物繁殖性能的毒性作用及其机制（）的表达，抑制细胞间隙连接通讯活性，进而诱导正常细胞转化为肿瘤细胞。具有多种毒性，污染对饲料行业造成威胁的同时也可损伤动物繁殖性能，对畜牧养殖业造成了巨大的经济损失。污染的谷类等作物或 中毒畜禽的肉奶等产品一旦被人类食用，对人类健康也具有不可忽视的毒害作用。然而，目前对于 的毒性机制尚不清楚。因此，本文通过对 的理化性质、毒性作用及其毒性机制作详细阐述，以期为寻求有效降解 或缓解其毒性作用的药物或方法提供参考。的限量标准与污染现状 是由镰刀菌属产生，具有类雌激素活性的次级代谢产物，低温高湿条件下极易滋生。农作物及动物饲料在生长、加工、运输和贮存过程中极易受到 的污染。随着贸易国际化、全球化发展，霉菌毒素污染也呈全球化大面积污染趋势。调查结果表明，墨西哥玉米中 污染率达，葡萄牙和荷兰约 玉米面粉、混合面 粉 和 小 麦 面 粉 存 在 污 染；年 从 全 球 多 个 国 家 收 集 的 份饲料和饲料原料（如玉米、小麦、大豆）样品进行霉菌毒素含量检测，发现 的样本存在霉菌毒素污染，其中 的样本检测到 种以上的毒素，以 组合最为常见，并且，含量变化呈区域差异，与降雨和温度直接相关。我国大部分地区温度适宜，雨量充沛，是 污染的重灾区。等对 年中国各省份饲料中霉菌毒素发生情况进行检测发现，单独污染率达，平均浓度为 ，且多为 组合污染；年，李孟聪等对广东省动物饲料中主要霉菌毒素污染调查结果表明，猪饲粮中 的阳性检出率为，超标率达，鸡饲粮中 的阳性检出率和超标率分别为 和；年中国畜禽及奶牛全价混合饲料中单端孢霉烯族毒素 族毒素（以 为代表）、伏马毒素和 污染最为严重，其中 在甜菜、豆皮中阳性检出率极高，达 以上。以上研究结果表明，饲料及饲料原料中 污染极为严重且广泛，且严重超出 饲料卫生标准及欧盟委员会对 在动物饲料及饲料原料中的限量标准（表 和表），已成为饲料及畜牧行业的重大威胁。作为食品污染物，霉菌毒素对人类和畜禽均产生不利影响。表 饲料及饲料原料中 的限量标准（饲料卫生标准）（）项目 产品名称 限量 （）饲料原料 玉米及其加工产品（玉米皮、喷浆玉米皮、玉米浆干粉除外）玉米皮、喷浆玉米皮、玉米浆干粉、玉米酒糟类产品其他植物性饲料原料饲料犊牛、羔羊、泌乳期精料补充料仔猪配合饲料青年母猪配合饲料其他猪配合饲料其他配合饲料表 饲料及饲料原料中 的限量标准（欧盟委员会，年）（，）项目 产品名称 限量 饲料原料 谷物及谷物制品（玉米副产品除外）玉米副产品饲料猪和小母猪饲料母猪和育肥猪饲料小牛、奶牛、绵羊和山羊饲料动 物 营 养 学 报 卷 的理化特性 主要是由禾谷镰刀菌（）产生的一种非类固醇类的、具有雌激素活性的霉菌毒素，主要由谷物镰刀菌（）、串珠镰刀菌（）和三线镰刀菌（）等产生。化学名称为（羟基氧代反式十一碳烯基）二羟基苯甲酸内酯，分子式为，相对分子质量为，结构式如图 所示。呈弱极性，以 白 色 晶 体 的 形 式 存 在，在 长 激 发 波 长（）下显示蓝绿色荧光，在短波紫外线辐射（）下显示更强的绿色荧光。在（）、（）和 （）处有最大紫外吸收波长；不溶于水、二硫化碳（）和四氧化碳（），微溶于石油醚，易溶于碱性水溶液和醇类，熔点为 ，稳定性强，高温下及巴氏消毒均不易降解，但在碱性环境及紫外线辐射的条件下会发生降解。图 玉米赤霉烯酮分子结构式 对动物繁殖性能的影响 对雌性动物的毒性作用 由于与雌激素化学结构相似，可与雌激素竞争性与哺乳动物靶细胞 结合，使 空间结构改变，复合物转移至细胞核与胞内核酸结合，影响动物生殖系统重要元件的表达，进而造成相应靶组织、靶器官功能异常，引发机体生殖障碍。中毒时，母猪表现为外阴红肿、直肠及阴道脱落、子宫增大和卵巢萎缩等症状，；妊娠母猪易流产或早产、新生仔猪畸形率、弱胎率增加、甚至产下干尸和死胎。等研究表明，食用 和 的 饲料可使母猪乏情，且具有剂量依赖效应；周敏等使用 含量分别为、的饲粮饲喂断奶小母猪，发现 可诱发母猪子宫肌层和内膜显著增厚，子宫腺数量显著增多，子宫腺密度显著增大，子宫内热应激蛋白（，）免疫阳性反应增强，表达量显著上升，且该毒性作用有剂量效应；用含不同剂量的 饲粮饲喂高产蛋鸡，结果表明，与对照组相比，低剂量（）可显著提高蛋鸡产蛋性能，表现为蛋鸡产蛋率、采食量和料蛋比等显著提高，高剂量（以上）影响蛋鸡生产性能以及干扰生殖激素的分泌，表现为 含量为 以上时，蛋鸡平均蛋重显著降低，蛋鸡血液中黄体生成素水平显著降低，孕激素水平显著上升，并且该变化呈剂量依赖效应；等研究结果表明，妊娠母猪食用（含量为 ）污染的饲料可显著降低仔猪体重及脾脏指数，并可在仔猪机体检测到 及其代谢物，证明 的毒性作用可通过母体传递给下一代。及其代谢物通过扰乱雌性动物生殖激素的分泌，损伤其生殖器官，并且其毒性作用可传递给下一代，对母体繁殖系统及后代机体各组织器官以及繁殖性能等方面产生不可忽视的毒性作用。对雄性动物的毒性作用 可通过诱导睾丸、生精小管组织异常、精子活力降低、生殖细胞凋亡、睾酮分泌水平降低等作用方式毒害动物繁殖系统，可使小鼠附睾中未成熟精子的比例升高、能动精子比例降低、睾丸组织紊乱、生精小管中细胞排列杂乱、生精细胞层数减少、生精细胞分离并出现空泡变化。毒性作用还可通过母体遗传给后代，严重损伤后代繁殖系统，诱导精子畸形及精液品质不良。等研究结果证实，的 可显著降低雄性大鼠活精子数量、精子活力及睾酮水平。用不同浓度（、）及 的 雌二醇（，）对雄性大鼠连 续 腹 腔 注 射 ，发 现 以上浓度的 及 的 可引发大鼠强烈的毒性作用，如诱导大鼠生精小管萎缩、结缔组织严重水肿、血清睾酮水平降低、精子活力降低等。通过对妊娠大鼠饲喂（、和 ）污染的饲粮来探索 对妊娠大鼠雄性后代的生殖发育毒性，发现 的 处理组中雄性后代大鼠成年后 期宁春妹等：玉米赤霉烯酮对动物繁殖性能的毒性作用及其机制睾丸重量增加，生精小管萎缩，精母细胞数量减少，成熟精子减少，另外，在胎盘中，和玉米赤霉烯醇（，）残留量呈剂量依赖性增加，且在 组的胎儿脑和胎 儿 肝 脏 中 也 检 测 到 残 留 量，同 时，组大鼠中，黄体生成素和睾酮水平显著下降，而雌二醇水平增加，和 组的羟基类固醇脱氢酶（）、类固醇急性应激调节蛋白（）和 结合盒转运蛋白（）表达显著抑制，由此推测，可诱发妊娠大鼠的雄性后代生殖功能障碍，且该作用与胎儿脑内促性腺激素释放激素受体（）和雌激素受体（）基因表达的改变以及睾丸发育过程中 和 表达的下调密切相关。低浓度 也可促进小鼠间质细胞增殖，降低细胞凋亡率，、的 作用 时，淋巴细胞瘤（）相关 蛋白（）蛋白水平呈剂量依赖式显著降低；等研究发现，可诱导猪睾丸细胞凋亡及氧化应激，降低其抗氧化能力；并且，可显著降低湖羊睾丸间质细胞活力，显著促进促凋亡基因半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（）的 及蛋白质表达水平，显著降低抗凋亡基因 的 及其蛋白表达水 平。等研 究 发 现，体外暴露可显著降低野猪精液质量，包括对精子活力、存活率和顶体反应等方面的负面影响，并且该作用呈时间剂量依赖效应。以上研究结果均明确指出，不仅通过饲料直接进入雄性动物机体损害其生殖系统，还会通过母体将其毒性作用传递给下一代，造成 代雄性动物繁殖器官组织结构异常、精子活力降低，并在动物机体仍可检测到 及其代谢物，造成雄性动物繁殖机能障碍。的毒性机制 经典 信号通路 研究报道，有 和 种异构体。已有研究证明，是 的完全激活剂，是 的部分激活剂，雌激素活性主要受 调控。低剂量时，主要依赖激活 信号通路发挥毒性作用，表现为抗凋亡及促增殖作用。可与雌激素竞争性地与雌激素受体结合，复合体转移到细胞核内，与雌激素响应元件（，）结合，激活雌激素信号通路，干扰靶基因转录及蛋白质合成。在机体可转化为 和 玉米赤霉烯醇（）种代谢产物。其中 对雌激素受体的亲和力更高，而 对雌激素受体亲和力相对较弱，三者的雌激素活性大小依次为：。吕斌等研究结果表明，既通过影响 与雌激素受体结合，又通过减少雌激素受体数量发挥类雌激素作用。及其代谢物可通过干扰 的 和蛋白水平表达发挥类雌激素作用，从而造成动物机体基因表达异常、激素代谢紊乱、组织器官结构异常等。张伟伦等也证明，的 可极显著提高卵巢 的阳性表达，增强卵母细胞、卵母细胞颗粒层细胞 的免疫阳性反应，阻碍雄性动物睾酮合成以及干扰、胆固醇侧链裂解酶（）和 的转录，影响机体激素代谢水平。非经典 信号通路 蛋白偶联受体途径 大量研究证明，除经典雌激素受体途径，还可通过非经典的 途径发挥毒性作用。蛋白偶联受体（），也被称为，是一种 蛋白偶联受体，它与 的亲和力类似于经典的核，并激活 和细胞外调节激酶信号通路。的表达已被证明在各种生殖功能中发挥重要作用，如增加大鼠的前凸行为，促进小鼠卵母 细 胞 成 熟，介 导 绵 羊 输 卵 管 上 皮 细 胞基因的表达以及雌二醇诱导永生化 神经元（细胞）中基因表达的直接作用。已有 研 究 表 明，并 非 通 过 核 受 体（和）发挥类雌激素作用，而是通过膜受体发挥类雌激素作用。等发现，蛋白偶联受体拮抗剂 处理和 试验均可 缓 解、和 对 促 卵 泡 素（）合成和分泌的抑制作用。也可促进 蛋白表达，从而促进结肠癌细胞增殖，而该促生长作用被其拮抗剂 抑制，及其代谢产物均通过 抑制牛垂体前叶细胞 的分泌。与 和 类似物（浓度均为 ）处理组相比，特异性拮抗剂（）预处理 可以逆转 和 类似物诱导的动 物 营 养 学 报 卷垂体前叶细胞促黄体素（）分泌的抑制作用，而单独使用 对 分泌无明显影响。因此，和 可能通过非经典的 信号通路发挥类雌激素作用。氧化应激途径 研究证明，除经典雌激素受体途径和非经典的 途径外，及其代谢产物还通过诱导细胞发生氧化应激发挥毒性作用。氧化应激是指机体活性氧（，）大量积累且超出抗氧化系统对其的清除能力，导致体内氧化作用和抗氧化作用严重失衡，产生大量氧化中间产物的状态。氧化应激的发生常伴随内质网应激。内质网应激是由错误折叠蛋白在内质网腔大量积聚并超过阈值引发的，的积累可促进错误折叠蛋白积累、降低蛋白折叠效率，从而诱导细胞发生内质网应激反应。细胞发生内质网应激时，积累的错误折叠蛋白又可升高胞内 含量。遭受 污染的饲料摄入体内后，可干扰线粒体膜电位，损害呼吸链电子传递系统；甚至破坏氧化还原平衡，导致 积累，自由基稳态失衡；这又可进一步激活炎症小体及炎症因子释放（），成为维持机体健康的负面因素。同时，内质网应激通过激活早期凋亡因子（），包括转录因子 同源蛋白（）、凋亡信号调节激酶（）氨基末 端 激 酶（）和 半 胱 氨 酸 蛋 白 酶（）诱导细胞凋亡。有研究证实，可显著提高仔猪 含量和降低仔猪肝脏、活性及；等也证实，（，）可显著提高猪颗粒细胞 含量，降低细胞 和 活性；等也指出，的 处 理 可 促 进 脾 脏 凋 亡 基 因、半胱氨酸蛋白酶（）、高表达以及诱发凋亡小体的产生，同时，处理显著降低了动物机体抗氧化酶（、等）活性及抗氧化能力，诱发激烈的氧化应激反应，造成脾脏严重损伤。等研究发现，的 可通过诱发严重的内质网应激诱导奶牛乳腺上皮细胞凋亡，显著提高内质网应激标志物葡萄糖调节蛋白（）和 及细胞凋亡相关基因 表达水平，显著降低 表达水平。小 结 国内外饲料广泛受到霉菌毒素污染，是污染最严重的毒素之一。由于具有独特的类雌激素活性，对动物繁殖系统损害尤为严重，可造成动物生殖器官形态改变及功能退化，并且其毒性作用对其后代仍有影响。目前已了解到 可通过雌激素样作用、蛋白偶联受体途径以及氧化应激 条通路发挥毒性作用，但其毒性作用及机制尚未完善，仍需研究人员继续深入探索，以求明确 毒性作用机制，为探索有效缓解 毒性作用及降解方法提供参考。参考文献：佚名饲料卫生标准饲料与畜牧，（）：，（）：（），（）：？：，：，（）：，：龙淼，董双，任艳苗，等三种主要霉菌毒素的危害与微生物脱毒研究进展动物医学进展，（）：，（）：（），期宁春妹等：玉米赤霉烯酮对动物繁殖性能的毒性作用及其机制，（）：，（）：，（）：，（）：钟昉，蔡国栋，朱根生，等、及其联合作用对李斯特菌感染小鼠 细胞活化的影响中国兽医科学，（）：，（）：（），（）：，（）：，（）：，（）：唐紫雯，程华琴，刘冬菊，等原花青素对玉米赤霉烯酮诱导牦牛颗粒细胞氧化损伤的保护作用研究畜牧兽医学报，（）：，（）：（）王欢欢，傅春妮，李元辉，等壳聚糖硒抗 对仔猪肝肾抗氧化功能、血清 含量和肝脏 活性的影响中国兽医杂志，（）：，（）：（），（）：，？，（）：，（）：，：，（）：，（）：李孟聪，丁燕玲，谭磊，等 年广东省动物饲料中 种主要霉菌毒素污染调查畜牧与兽医，（）：，（）：（）王庆伟，安纲，王金勇，等 年中国饲料与原料霉菌毒素检测报告饲料工业，（）：，（）：（）关舒镰孢霉菌的侵染规律、单端孢霉烯族毒素形成及调控机制饲料工业，（）：，动 物 营 养 学 报 卷，（）：（），：，：肖治军猪玉米赤霉烯酮中毒与繁殖障碍中国畜牧兽医，（）：，（）：（），（）：周敏，周雪梅，杨立杰，等玉米赤霉烯酮对断奶小母猪子宫形态学及热应激蛋白 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